Синтез цеолитов Используя ADOR (монтаж-демонтаж-организация-повторной сборки) Маршрут

Общая цель данного видео — продемонстрировать метод сборки-разборки-организации-повторной сборки (assembly-disassembly-organization-reassembly, ADOR) для получения новых цеолитных материалов путем разложения предварительно собранного цеолита на компоненты с их последующей организацией и повторной сборкой различными способами для формирования новых материалов. Цеолиты представляют собой крайне важные твердые вещества, которые используются в различных отраслях промышленности: от катализаторов нефтепереработки до антибактериальных покрытий на медицинских изделиях. Метод ADOR получения цеолитов существенно отличается от традиционных методов синтеза цеолитов.

Вследствие этого типы материалов, которые мы можем синтезировать, также различаются. Это открывает множество возможностей для новых областей применения. В данном видео мы продемонстрируем вам способ получения двух новых цеолитов с разными размерами пор: IPC-4, имеющего наименьший размер пор, и более крупного IPC-2.

Для синтеза исходного германий-UTL цеолита сначала растворите 1,08 г диоксида германия в 15 мл раствора структурообразующего агента. Порциями добавьте в раствор 1,246 г пирогенного диоксида кремния и перемешивайте еще 30 минут до образования гомогенного раствора. Перенесите полученный гель в автоклав с футеровкой из политетрафторэтилена.

Затем поместите его в печь и выдержите при температуре 175 °C в течение 10 дней. По истечении 10 дней извлеките автоклав из печи и дайте ему остыть естественным образом до комнатной температуры. Белый продукт цеолита собирают путем фильтрации.

Промойте большим количеством воды, после чего высушите цеолит при 70 °C в течение ночи. Удалите структурообразующий агент из пор цеолита, нагрев образец до 550 °C со скоростью 1 °C в минуту, затем выдержите при температуре 550 °C в течение шести часов и охладите до комнатной температуры со скоростью 2 °C в минуту. Для подтверждения структуры снимите дифрактограмму порошковой рентгеновской дифракции в соответствии с протоколом производителя.

Храните прокаленный цеолит в сухой инертной атмосфере, чтобы предотвратить гидролиз материала. Для разборки исходного цеолита проведите гидролиз германосиликата UTL для получения IPC-1P, добавив 1 грамм прокаленного цеолита к 160 миллилитрам 0,1 молярного раствора соляной кислоты. После нагревания этой смеси при 95 °C в течение 18 часов охладите её до комнатной температуры и выделите твердый осадок путем фильтрования через фильтровальную бумагу.

Промойте осадок большим количеством воды и высушите при 70 °C в течение ночи. Заключительные этапы заключаются в организации и повторной сборке IPC-1P в новые цеолиты. Для приготовления цеолита IPC-4 поместите 0,5 г IPC-1P в керамический тигель.

Нагрейте образец до 575 °C со скоростью нагрева 1 °C в минуту. Затем выдержите температуру 575 °C в течение шести часов, после чего охладите до комнатной температуры со скоростью 2 °C в минуту. Снимите спектр порошковой рентгеновской дифракции для подтверждения структуры, следуя протоколу производителя.

Для приготовления цеолита IPC-2 добавьте 0,5 г IPC-1P к 10 мл 1,0 М раствора азотной кислоты. Затем добавьте в раствор 0,1 г диэтометксилсилана. Перенесите раствор в автоклав с футеровкой из политетрафторэтилена.

Затем нагрейте в печи при 175 °C в течение 18 часов. Извлеките автоклав из печи и дайте ему остыть естественным образом до комнатной температуры. Отфильтруйте полученный белый продукт, промойте его обильным количеством воды и высушите при 70 °C в течение ночи.

Поместите продукт в керамический тигель и подвергните нагреву согласно протоколу нагрева-охлаждения. В завершение снимите спектр рентгеновской дифракции порошка для подтверждения структуры, используя протокол производителя. Приготовление IPC-4 начинается с предварительно собранного германиевого UTL.

Воздействие 0,1 молярного кислого раствора приводит к разборке, в результате чего образуется IPC-1P. Затем слои IPC-1P организуются в благоприятную ориентацию. На этом этапе слои снова собираются в цеолит посредством конденсации с образованием IPC-4.

Здесь показан общий процесс получения IPC-2. Воздействие 0,1 молярного кислотного раствора приводит к образованию IPC-1P, как и ранее. Затем между слоями полученного IPC-1P вводятся дополнительные кремниевые формы для организации системы.

Затем слои снова собираются в цеолит посредством конденсации с образованием IPC-2. Различие между конечными материалами IPC-2 и IPC-4 заключается в размере их пор, что обусловлено введением дополнительного кремния между слоями. Разницу между двумя структурами можно увидеть на рентгенограммах.

Наиболее интенсивный пик для IPC-2 наблюдается при меньшем угле 2-тета, чем для IPC-4, что указывает на больший размер его элементарной ячейки. Другие методы, такие как эксперименты по адсорбции азота, также могут быть использованы для визуализации разницы в размере пор между материалами. IPC-4 обладает более низкой адсорбционной емкостью по азоту, чем IPC-2, в то время как исходный цеолит UTL обладает самой высокой емкостью по азоту.

После освоения данный процесс становится надежным и универсальным методом получения цеолитов. Вариации этой процедуры, описанные в литературе, позволяют синтезировать другие цеолиты, такие как IPC-6, IPC-7, IPC-9 и IPC-10. Разработка этого метода открыла перед исследователями в области цеолитов возможности по синтезу материалов, создание которых ранее считалось неосуществимым.

Такая работа открывает широкие возможности для получения цеолитов с новыми типами структур, которые, как мы надеемся, впоследствии расширят области их применения. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как проводить процесс ADOR, и при определенной практике сможете вносить модификации, описанные в опубликованной литературе, для синтеза всех остальных возможных цеолитов. Основными преимуществами данного метода являются высокая предсказуемость свойств конечных материалов и возможность контроля пористости итогового твердого вещества, что недоступно при традиционном синтезе цеолитов.

Как правило, люди, которые только начинают осваивать этот метод, сталкиваются с трудностями, поскольку он противоречит общепринятому подходу. Вместо того чтобы создавать материал послойно снизу вверх, вы сначала берете исходный материал и разбираете его, после чего заново синтезируете материал с новой структурой.